基于SolidWorks车床夹具虚拟设计【开合螺母】【说明书+CAD】
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爆炸视图开合螺母工件图装配图过渡盘平衡块夹具体铰链压板摆动V型快塔里木大学毕业论文(设计)任务书学院机械电气化工程学院班级机械设计12-1学生姓名张战军学号8011208103课题名称基于solidworks车床夹具设计起止时间2011年 3月 2日2012年6月10日(共14周)指导教师职称课题内容 采用计算机辅助设计的方法,对车床夹具进行三维建模,对夹具设计的原理步骤,各种定位元件的分析有深刻的了解。对solidworks的各项功能有个深刻的认识和应用。合理选择标准键的类型和型号,正确计算零件的工作能力,确定其尺寸、形状、结构和材料,并考虑制造工艺、使用、维护、经济和安全等问题,培养机械设计能力。拟定工作进度(以周为单位)第1-2周 查阅相关文献,撰写开题报告。第3-4周 走访周边专家、进行调查,比较分析,决定最优设计方案。第5-6周 根据工作要求,查阅相关手册,对机器总体设计、布局。第7-10周 运用AutoCAD、Soildwork等软件,设计零件图,装配图,进行数据处理。第11-12周 对实体图进行仿真。第13-14周 完成设计说明书。参考文献1吴拓.现代机床夹具设计.第二版.化学工业出版社,2011.2吴拓.机床夹具设计.第一版.机械工业出版社,2007.3大连理工大学工程图学教研室.机械制图.第六版.高等教育出版社,2007.4邹青.机械制造技术基础课程设计指导教程.第一版.机械工业出版社,1991.5胡仁喜,康士廷,路纯红等.SolidWorks 2008中文版标准实例教程.第三版.机械工业出版社, 2009.6吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册.第三版.高等教育出版社,2009.7大连理工大学工程图教研室.画法几何学.第六版.高等教育出版社,2007.8王忠.机械工程材料.第一版.清华大学出版社,2008 .9江洪,郦祥林等.SolidWorks2009基础教程.第三版.机械工业出版社,2009.10董玉红,张立勋.机械控制工程基础.第二版.哈尔滨工业大学出版社,2009.11吴恒文.机械加工工艺基础.第一版.高等教育出版社,2009.12韩进红.互换性与技术测量.第一版.第三版.高等教育出版社,2009.13陈日曜.金属切削原理.第二版.机械工业出版社,2009.任务下达人(签字) 年 月 日任务接受人意见 任务接受人签名 张战军 2012年 1月1日前 言夹具是机械制造厂里使用的一种工艺装备,分为机床夹具、焊接夹具、装配夹具及检验夹具等。各种金属切削机床上用于装夹工件的工艺装备,称机床夹具,如车床上使用的三爪自定心卡盘、铣床上使用的平口虎钳等。对工件进行机械加工时,为了保证加工要求,首先要使工件相对于刀具及机床有正确的位置,并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。为此,在进行机械加工前,先要将工件装夹好。工件的装夹方法有两种:一种是工件直接装夹在机床的工作台或花盘上;另一种是工件装夹在夹具上。采用第一种方法装夹工件时,一般要先按图样要求在工件表面划线,划出加工表面的尺寸和位置,装夹时用划针或百分表找正后再夹紧。这种方法无需专用装备,但效率低,一般用语单件和小批生产。批量较大时,大多用夹具装夹工件。用夹具装夹工件有下列优点:(1)能稳定地保证工件的加工精度,用夹具装夹工件时,工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证,不受工人技术水平的影响,使一批工件的加工精度趋于一致。(2)能提高劳动生产率,使用夹具装夹工件方便、快速,工件不需要划线找正,可显著的减少辅助工时,提高劳动生产率;工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性,因此可加大切削用量,提高劳动生产率;可使用多件、多工位装夹工件的夹具,并可使用高效夹紧机构,进一步提高劳动生产率。(3)能扩大机床的使用范围。 12 届毕业设计 基于SolidWorks车床夹具虚拟设计设计说明书 学生姓名 张战军 学 号 8011208103 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 12-1 指导教师 丁羽 日 期 2012.6 塔里木大学教务处制 塔里木大学毕业论文(设计)开题报告课题名称 基于solidworks车床夹具虚拟设 学生姓名 张战军 学 号 8011208103 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 机械设计 班 级 12-1 指导教师 丁羽 起止时间 2012.3-2012.6 机械电气化工程学院教务办制填 表 说 明一、学生撰写开题报告应包含的内容:1、本课题来源及研究的目的和意义;2、本课题所涉及的问题在国内(外)研究现状及分析;3、对课题所涉及的任务要求及实现预期目标的可行性分析;4、本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路;5、完成本课题所必须的工作条件及解决的办法;6、完成本课题的工作方案及进度计划;7、主要参考文献(不少于7篇)。二、本报告必须由承担毕业论文(设计)课题任务的学生在接到“毕业论文(设计)任务书”的两周内独立撰写完成,并交指导教师审阅。三、开题报告要求手写体,字数在3000字以上,由学生在本报告册内填写,页面不够可自行添加A4纸张。四、每个毕业论文(设计)课题须提交开题报告一式三份,一份学生本人留存,一份指导教师存阅,一份学生所在学院存档,备检备查。一、选题的背景及意义夹具作为制造企业中重要的基础工艺装备,广泛应用于加工、检测和装配等制造过程中。作为生产准备的重要组成部分,夹具设计的效率直接影响到制造的生产准备时间和产品成本。一般来说,夹具设计过程不仅需要大量的有关零件设计、工艺和加工的数据,同时还需要设计人员具有很丰富的领域知识和设计经验。随着计算机技术的飞速发展,实现快速生产准备的计算机辅助夹具设计(CAFD)技术成为国际上竞相研究的热点,它已经越来越多的取代传统的手工夹具设计。与传统的夹具设计相比,计算机辅助夹具设计有着无可比拟的优越性:1、设计者从繁琐的劳动中解放出来,提高了设计的效率和设计质量,使设计者把更多的注意力放在创新性开发上面;2、可以把夹具设计人员的经验和智慧存入计算机,构成专家系统,有利于夹具设计技术的继承和发展;3、由于计算机辅助夹具设计采用了统一的系统程序,可以获得相对统一的设计与优化结果,有利于实现夹具设计的“三化”,即通用化、标准化、系列化。 多年来,机械制造过程中把设计蓝图比喻成工程师的语言,对于机床专用夹具而言,也总是利用众多视图的不同投影来描绘,采用标注各种线条和符号绘图,不仅费时费力,而且一旦理解有误或形体表现,将会影响产品的制造和质量。 采用计算机辅助设计方法,零件的造型如同车间中加工零件的过程一样,设计完成以后,零件就“加工”出来了,这样不需要很强的空间想象力就可以设计出产品的真实三维模型,经过虚拟装配,可清楚地检验出产品结构的合理性.空间布置是否干涉等问题。造型结束后,将设计模型投影到二维图纸空间,就可自动生成工程图纸的三视图.轴侧图.剖视图等,大大方便了设计过程,形象直观易于接受,从而达到更快地设计机械产品。 本课题在探讨机床专用夹具的基本知识和基本理论的同时,研究如何利用计算机图形学采用计算机辅助设计专用夹具以及如何对专用夹具进行可视化设计,形成专用夹具计算机辅助设计系统。二、国内外研究现状在机械加工过程中,夹具占有重要的地位。它可靠地保证了工件的加工精度,提高了加工效率,减轻了劳动的强度。夹具的设计过程中,应深入生产实际(对工件的图纸、工艺文件、生产纲领等分析),进行调查研究,吸取国内外的先进技术,制订出合理的设计方案。从国内外机械制造工艺的技术水平来看发展较迅速,出现了很多新型的加工工艺技术。如制造自动化:在形式方面,制造自动化有三个方面的含义:代替人的体力劳动;代替或辅助人的脑力劳动;制造系统中人、机及整个系统的协调、管理、控制和优化。在功能方面,制造自动化代替人的体力劳动或脑力劳动仅仅是制造自动化功能目标体系的一部分。制造自动化的功能目标是多方面的,已形成一个有机体系。在范围方面,制造自动化不仅涉及到具体生产制造过程,而是涉及产品生命周期所有过程。1.1 国内夹具发展史我国国内的夹具始于20世纪60年代,当时建立了面向机械行业的天津组合夹具厂,和面向航空工业的保定向阳机械厂,以后又建立了数个生产组合夹具元件的工厂。在当时曾达到全国年产组合夹具元件800万件的水平。20世纪80年代以后,两厂又各自独立开发了适合NC机床、加工中心的孔系组合夹具系统,不仅满足了我国国内的需求,还出口到美国等国家。当前我国每年尚需进口不少NC机床、加工中心,而由国外配套孔系夹具,价格非常昂贵,现大都由国内配套,节约了大量外汇。1.2 国外夹具发展史从国际上看俄国、德国和美国是组合夹具的主要生产国。当前国际上的夹具企业均为中小企业,专用夹具、可调整夹具主要接受本地区和国内订货,而通用性强的组合夹具已逐步成熟为国际贸易中的一个品种。有关夹具和组合夹具的产值和贸易额尚缺乏统计资料,但欧美市场上一套用于加工中心的央具,而组合夹具的大型基础件尤其昂贵。由于我国在组合夹具技术上有历史的积累和性能价格比的优势,随着我国加入WTO和制造业全球一体化的趋势,特别是电子商务的日益发展,其中蕴藏着很大的商机,具有进一步扩大出口良好前景。1.3国内外机床夹具发展现状研究协会的统计表明,目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代,以适应市场的需求与竞争。然而,一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具,一般在具有中等生产能力的工厂,里约拥有数千甚至近万套专用夹具;另一方面,在多品种生产的企业中,每隔34年就要更新5080左右专用夹具,而夹具的实际磨损量仅为1020左右。特别是近年来,数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统、(FMS)等新加工技术的应用,对机床夹具提出了如下新的要求:1)能迅速而方便地装备新产品的投产,以缩短生产准备周期,降低生产成本;2)能装夹一组具有相似性特征的工件;3)能适用于精密加工的高精度机床夹具;4)能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具;5)采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置,以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率;6)提高机床夹具的标准化程度。【2】发展趋势 近些年来,随着数控机床、加工中心、柔性制造单元、柔性制造系统等现代或加工设备的广泛应用,使传统的机械加工的指导方法发生了重大变革,夹具的功能已经从过去的装夹、定位、引导刀具,转变为装夹、定位。而数字化的设备加工功能的广大化。给今后夹具的快速定位、快速装夹提出了更高的要求。 夹具是机械加工不可缺少的部件,在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下,夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。三、对课题所涉及的任务要求及实现预期目标的可行性分析 1.本课题在探讨机床专用夹具的基本知识和基本理论的同时,研究如何利用计算机图形学采用计算机辅助设计专用夹具以及如何对专用夹具进行可视化设计,形成专用夹具计算机辅助设计系统。熟练使用solidworks的各项功能。 2.可行性分析:对于车床夹具,国内外的研究已经相当成熟,对于绘图软件的掌握是自己要努力学会的。图书馆是有很多机床夹具设计的书,我们在实习时也做过夹具设计,对夹具设计有个初步了解。所以是可行的。四、本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路 对于本课题需要重点研究的是如何给夹具定位,即定位元件的选取,安全性,可靠性,简单,明了,便于拆卸。设计夹紧装置时一定要注意可靠,安全。因为夹具和工件一起随主轴旋转,除了切削力还有离心力的影响。因此夹紧机构所产生的夹紧力必须足够,自锁要可靠,以防止发生设备及人身事故。 并对一些定位元件进行参数化设计,自己制作一个标准件库有关夹具的。这方面的书可以查看自己所学的一些基本课程,去图书馆查阅相关资料。 车床夹具与主轴的连接方式由于加工中车床夹具随车床主轴一起回转,夹具与主轴的连接精度直接影响夹具的回转精度,故要求车床夹具与主轴二者轴线有较高的同轴度,且要连接可靠。通常连接方式有以下几种: (1) 夹具通过主轴锥孔与主轴连接(2) 夹具通过过渡盘与机床主轴连接 对定位及夹紧装置的要求(1)为保证车床夹具的安装精度,安装时应对夹具的限位表面进行仔细找正。(2)设置定位元件时应考虑使工件加工表面的轴线与主轴轴线重合。 车床夹具的平衡及结构要求对角铁式、花盘式等结构不对称的车床夹具,设计时应采用平衡装置以减少由离心力产生的振动及主轴轴承的磨损。 车床夹具一般都是在悬臂状态下工作的,为保证加工过程的稳定性;夹具结构应力求简单紧凑,轻便且安全,悬伸长度尽量小,使重心靠近主轴前支承。为保证安全,夹具体应制成圆形,加具体上的各元件不允许伸出夹具体直径之外。此外,夹具的结构还应便于工件的安装、测量和切屑的顺利排出或清理。五、完成本课题所必须的工作条件及解决的办法 了解零件的用途,分析零件的技术要求,加工余量和工序尺寸的确定。 借助计算机三维设计软件及二维绘图软件,并借助图书馆的书籍完成本设计。遇到困难可以去请教老师及同学。六、进度计划第一步:通过上网及查阅资料的方法完成开题报告。第二步:选择车床需加工的零件,进行分析。第三步:方案数据处理。第四步:绘制夹具体零件图及装配图。第五步:完成装配体的爆炸式图及动画演示。第六步:撰写设计说明书第七步:整理修改说明说及二维图。序号日期进度安排12011.12-2012.1开始进行毕业设计、熟悉题目及要求22012.2-2012.3设计资料的收集及借阅32012.3-2012.4分析研究所得到的设计资料42012.4.5-2012.4.10方案设计、比较52012.4.10-2012.4.20设计方案实施(设计、计算等)62012.4.20-2012.5.10设计、论文整理及修改72012.5.10毕业设计答辩七、参考文献1吴拓.现代机床夹具设计.第二版.化学工业出版社,2011.2吴拓.机床夹具设计.第一版.机械工业出版社,2007.3大连理工大学工程图学教研室.机械制图.第六版.高等教育出版社,2007.4邹青.机械制造技术基础课程设计指导教程.第一版.机械工业出版社,1991.5胡仁喜,康士廷,路纯红等.SolidWorks 2008中文版标准实例教程.第三版.机械工业出版社, 2009.6吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册.第三版.高等教育出版社,2009.7大连理工大学工程图教研室.画法几何学.第六版.高等教育出版社,2007.8王忠.机械工程材料.第一版.清华大学出版社,2008 .9江洪,郦祥林等.SolidWorks2009基础教程.第三版.机械工业出版社,2009.10董玉红,张立勋.机械控制工程基础.第二版.哈尔滨工业大学出版社,2009.11吴恒文.机械加工工艺基础.第一版.高等教育出版社,2009.12韩进红.互换性与技术测量.第一版.第三版.高等教育出版社,2009.13陈日曜.金属切削原理.第二版.机械工业出版社,2009. 学生签名 张战军 2012年3月1日指导教师审阅意见指导教师签名 年 月 日目 录1绪论11.1 引言11.2 制造业信息化的发展11.3 Solidworks2010版介绍11.4 本论文的研究目的、意义22收集资料和确定方案22.1 明确设计任务与收集设计资料22.1.1工件的结构特点及材料22.1.2确定本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基准和夹紧表面及所用的机床、刀具、量具等22.2 确定工件的定位方案,设计定位装置33草图绘制和和计算33.1夹具类型的确定33.2 确定工件的夹紧方案,设计夹紧装置43.2.1确定夹紧装置43.2.2夹紧力计算与分析43.3夹具与机床的连接方式及安装基面63.4 夹具的平衡73.5对夹具总体结构的要求73.6绘制夹具草图,并标注尺寸、公差及技术要求73.7夹具的精度分析84标准件库的建立94.1参数化方法的种类94.2基于方程式的参数化方案104.3基于配置的参数化方案104.3.1基于特征的参数化方案104.3.2基于系列零件表的参数化方案104.4自制夹具标准件库104.5总结11致 谢12参考文献13基于SolidWorks车床夹具虚拟设计1绪论1.1 引言夹具作为制造企业中重要的基础工艺装备,广泛应用于加工、检测和装配等制造过程中。作为生产准备的重要组成部分,夹具设计的效率直接影响到制造的生产准备时间和产品成本。一般来说,夹具设计过程不仅需要大量的有关零件设计、工艺和加工的数据,同时还需要设计人员具有很丰富的领域知识和设计经验。1.2 制造业信息化的发展随着计算机技术的飞速发展,实现快速生产准备的计算机辅助夹具设计(CAFD)技术成为国际上竞相研究的热点,它已经越来越多的取代传统的手工夹具设计。与传统的夹具设计相比,计算机辅助夹具设计有着无可比拟的优越性:1、设计者从繁琐的劳动中解放出来,提高了设计的效率和设计质量,使设计者把更多的注意力放在创新性开发上面;2、可以把夹具设计人员的经验和智慧存入计算机,构成专家系统,有利于夹具设计技术的继承和发展;3、由于计算机辅助夹具设计采用了统一的系统程序,可以获得相对统一的设计与优化结果,有利于实现夹具设计的“三化”,即通用化、标准化、系列化。1.3 Solidworks2010版介绍 Solidworks软件功能强大,组件繁多。Solidworks 功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks 的三大特点,使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能,同时对每个工程师和设计者来说,操作简单方便、易学易用。对于熟悉微软的Windows系统的用户,基本上就可以用SolidWorks 来搞设计了。SolidWorks独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计。SolidWorks资源管理器是同Windows资源管理器一样的CAD文件管理器,用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks ,用户能在比较短的时间内完成更多的工作,能够更快地将高质量的产品投放市场。在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中,SolidWorks是设计过程比较简便而方便的软件之一。美国著名咨询公司Daratech所评论:“在基于Windows平台的三维CAD软件中,SolidWorks是最著名的品牌,是市场快速增长的领导者。” 在强大的设计功能和易学易用的操作(包括Windows风格的拖/放、点/击、剪切/粘贴)协同下,使用SolidWorks ,整个产品设计是可百分之百可编辑的,零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。 SolidWorks2010 提供的大量新功能可提高设计师和工程师的工作效率。例如,正在申请专利的快速尺寸标注功能可显示新的尺寸放置替代方案,并整齐匀称地重新布置现有尺寸,从而为所选尺寸腾出空间。配置发布器使用户可方便地将界面发布到3D ContentCentral® 服务,从而可容易地配置替代模型。正在申请专利的灵巧鼠标手势在简化手部动作方面作出了空前的改进。SolidWorks 2010 还提供了大大加强的参考平面创建方法丶钣金功能丶焊接性能丶组件镜像功能和直接编辑工具。使用 PhotoView 360,初学者也能象高手那样设计照片级图像渲染效果。 SolidWorks 2010相对solidworks2009版本新增改进功能超300项,主要包括如下方面: 草图与特征,边焊缝及高级梁壳模型,装配体与配置,SolidWorks Enterprise PDM 2010 新增功能,Motion,3DVIA Composer 2010新功能,工程图。SolidWorks 2010大幅改善了工程图绘制功能,尺寸标注的操作将更为简洁。这包括对多段文字可通过拖拽进行合并、多尺寸标注自动实现等间距布局、零件明细表和公差尺寸标注的灵活编辑等。在装配图中,新版本提供了零部件详细信息的可视化功能,重量、材质、是否外购件、价格等参数还可直接导入Excel进行输出。3D建模工具中增加了盆腔中段平面和相切平面的草图绘制功能,简化了高复杂度模型设计。装配环境下允许进行零部件的精确镜面复制、运动干涉检查和参数化应力分析。随上一版本推出的SpeedPak技术也得到进一步增强,该功能可在保持图形完整细节与关联性的同时降低计算机内存使用率,从而无需调用大量内存便可高效地创建和使用大型装配体及工程图。此外,对直接导入的实体模型进行编辑是一个非常重要的新特性,这将大幅减少调用旧有设计时的工作量。用户界面看起来使用了Instant3D技术的标尺,直接拖拽即可修改。编辑工具将修改产生的新特征记录于特征树中,因此能轻而易举地将导入模型恢复成原始状态。 不同于针对CAD的增强功能,在SolidWorks 2010中还新增一个用于评估设计对环境影响的工具,这是同类软件所没有的。该工具的研发代号为“Sage”,以PE International公司的一款环境影响量化工具GaBi为基础。GaBi用于量化材料、工艺、产品和基础结构的环境性能,包含十万多种影响模式,它能从温室气体、能源、最显著的环境影响、生命周期成本和社会影响等多个不同角度评估可持续性。“Sage”以一个仪表板的形式出现在用户界面底部。出于降低不良环境影响的考虑,设计师和工程师可在“Sage”中创建“基准”设计,然后将每个新设计与其相比较。当设计师选择不同的材料、工艺或设计方法时,仪表板上反映出的影响会随之改变。例如,设计目标碳排放量为100吨,分析结果可能显示50%源于选材,40%源于制造工艺,10%源于报废后的处理。如果采用影响较小的材料,就可以减少碳排放量。“Sage”软件还可生成各种报告,供深入分析使用。就像设计验证工具Simulation一样,深度集成的“Sage”将帮助工程师在设计过程中对环保指标做出考量,这能大幅减少因环保不达标而导致的返工。CEO Jeff Ray曾表示,SolidWorks会持续在绿色环保方面的投入,SolidWorks 2010无疑将是标志性的一步,这也是对去年创新日活动的主题“绿色设计激发未来”的延续。1.4 本论文的研究目的、意义多年来,机械制造过程中把设计蓝图比喻成工程师的语言,对于机床专用夹具而言,也总是利用众多视图的不同投影来描绘,采用标注各种线条和符号绘图,不仅费时费力,而且一旦理解有误或形体表现,将会影响产品的制造和质量。 采用计算机辅助设计方法,零件的造型如同车间中加工零件的过程一样,设计完成以后,零件就“加工”出来了,这样不需要很强的空间想象力就可以设计出产品的真实三维模型,经过虚拟装配,可清楚地检验出产品结构的合理性.空间布置是否干涉等问题。造型结束后,将设计模型投影到二维图纸空间,就可自动生成工程图纸的三视图.轴侧图.剖视图等,大大方便了设计过程,形象直观易于接受,从而达到更快地设计机械产品。本课题在探讨机床专用夹具的基本知识和基本理论的同时,研究如何利用计算机图形学采用计算机辅助设计专用夹具以及如何对专用夹具进行可视化设计,形成专用夹具计算机辅助设计系统。2收集资料和确定方案 图2-1所示为一开合螺母车削工序图,工件的燕尾面和两个120+0.019mm孔已经加工,两孔距离为380.1mm,400+0.027mm孔经过粗加工。本道工序为精镗400+0.027mm孔及车端面。加工要求是:(1)400+0.027mm孔轴线至燕尾面C的距离为450.05 mm;(2)400+0.027mm孔轴线与C面的平行度为0.05 mm;(3)加工孔轴线与120+0.019mm孔的距离为80.05 mm。(4)400+0.027mm的孔轴线对两B面的对称面的垂直度为0.05mm试设计本道工序所用的专用夹具。图2-1 开合螺母车削工序图21 明确设计任务与收集设计资料2.1.1工件的结构特点及材料开合螺母由上下两个半螺母组成,装在溜板箱体后壁的燕尾形导轨中,可上下移动。上下半螺母的背面各装有一个圆销,其伸出端分别嵌在槽盘的两条曲线槽中。扳动手柄,经轴使槽盘逆时针转动时,曲线槽迫使两圆销互相靠近,带动上下半螺母合拢,与丝杠啮合,刀架便由丝杠螺母经溜板箱传动进给。槽盘顺时针转动时,曲线槽通过迫使圆销使两半螺母相互分离,与丝杠脱开啮合,刀架便停止进给。开合螺母的材料为45钢。2.1.2确定本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基准和夹紧表面及所用的机床、刀具、量具等。表2-1 加工要求加工表面加工要求加工余量定位基准夹紧表面所需机床400+0.027mm孔和两个端面a.400+0.027mm孔轴线至燕尾面C的距离为450.05 mm;b.400+0.027mm孔轴线与C面的平行度为0.05mm;c.加工孔轴线与120+0.019mm孔的距离为80.05 mm精镗400+0.027mm孔的工序余量为0.5mm;车端面的工序余量为1mm。主要加工表面400+0.027mm孔的定位基准为燕尾底面C和120+0.019mm孔轴心线燕尾面B和CC620车床22 确定工件的定位方案,设计定位装置。定位就是使同一工序中的一批工件都能在夹具中占据正确的位置。它的基本任务有以下三项:(1)从理论上讲就是如何使同一批工件在夹具中占据正确的位置。(2)选择或设计合理的定位方案及定位装置。(3)保证有足够的定位精度。即工件在夹具中虽有一定的误差,但仍能保证工件的加工误差。它的基本原理是六点定位规则,即用合理分布的六个支承点限制工件六个自由度的规则。但实际中还存在着过定位和欠定位。其中欠定位保证不了加工精度,所以是绝不允许发生的,而过定位由于夹具上的定位元件同时重复限制了工件的一个或几个自由度,将造成工件定位不稳定,降低了加工精度;使工件或定位元件产生变形,甚至无法安装和加工,故应尽量避免采用。根据本工序的加工要求,不仅要镗孔,还要加工两个平面,因此工件必须完全定位,即六点定位原则。按照加工要求,工件的定位方案分析如下:(1)400+0.027mm孔轴线至燕尾面C的距离为450.05 mm;400+0.027mm孔轴线与C面的平行度为0.05 mm。加工400+0.027mm孔的工序基准为燕尾底面C,根据基准重合原理,应以燕尾底面C为定位基准,则限位基准为固定支承板8和活动支承板10上与燕尾底面C接触的平面。燕尾底面C限制Z转动、Y移动、X移动三个自由度;燕尾面B限制Z转动、X移动二个自由度。即工件用燕尾面B和C在固定支承板8和活动支承板10上定位(两板高度相等),限制了Z转动、Z移动、Y转动、X转动、X移动五个自由度。(2)加工孔轴线与120+0.019mm孔的距离为80.05 mm。400+0.027mm孔轴心线的另一定位元件是活动菱形销9,根据基准重合原理,应以120+0.019mm孔轴心线为定位基准,则限位基准为120+0.019mm孔轴心线,即120+0.019mm孔与活动菱形销9配合,限制Y向转动自由度。表2-2工件的定位及应限制的自由度定位元件限位基准定位基准限制自由度支承板8、10活动菱形销9支承板8、10的平面活动菱形销9的轴心线燕尾底面C燕尾面B120+0.019mm孔轴心线Z转动、Y移动、X转动、Y转动、X移动、Z移动工件装卸时,可从上方推开活动支承板10将工件插入,靠弹簧力使工件靠紧固定支承板8,并略推移工件使活动菱形销9弹入定位孔120+0.019mm内。3草图绘制和和计算3.1夹具类型的确定由于开合螺母以燕尾面C为主要定位基准,且在车床上加工,而工件的形状与尺寸决定了它不适宜于采用心轴类、卡盘类或花盘类夹具,只能采用角铁式车床加工。夹具体呈角铁状的车床夹具称为角铁式车床夹具,其结构不对称,用于加工壳体、支承座、杠杆、接头等零件上的回转面和端面。具体适用于以下两种情况:(1)工件的主要定位基准是平面,要求被加工表面的轴线对定位基准面保持一定的位置关系(平行或成一定角度)。这时夹具的平面定位元件必须相应地设置在与车床主轴轴线相平行或成一定角度的位置上。(2)工件定位基准虽然不是与被加工表面的轴线平行或成一定角度的平面,但由于工件外形的限制,不适于采用卡盘式夹具,而必须采用半圆孔或V形块定位件的情况。考虑车床夹具的特点和工件的加工表面,本工序应有两次安装,当孔和一个端面加工完毕后,应松开压板,将工件回转180度,重新定位夹紧,再加工另一端面。3.2 确定工件的夹紧方案,设计夹紧装置。3.2.1确定夹紧装置车床夹具的夹紧装置必须安全可靠。夹紧力的方向和作用点应按以下要求进行选择:a.主要夹紧力应朝向主要定位基准,作用点应靠近支承面的几何中心;b.夹紧力的方向应有利于减少夹紧力,尽量垂直于工件的主要定位基面,尽量和切削力、重力方向一致;c.夹紧力的方向和作用点应施于工件刚性较好的方向和部位;d.夹紧力的作用点应适当靠近加工表面。由于车削时工件和夹具一起随主轴作旋转运动,故在加工过程中,工件除受切削扭矩的作用外,整个夹具还受到离心力的作用,转速越高离心力越大,会降低夹紧机构产生的夹紧力。此外,工件定位基准的位置相对于切削力和重力的方向来说是变化的。因此,夹紧机构所产生的夹紧力必须足够,自锁性能要好,以防止工件在加工过程中脱离定位元件的工作表面。对于角铁式夹具,夹紧力的施力方式要注意防止引起夹具变形。这里有两种夹紧方案。如果采用图a)所示的施力方式其夹紧装置比较简单,但可能会引起角铁悬伸部分的变形和夹具体的弯曲变形,离心力、切削力也会助长这种变形。如果改用图b)所示回转式螺旋摆动压板机构显然较好,因为角铁刚性好,压板的变形不影响加工精度。所以根据工件形状特点,采用带摆动V形块3的回转式螺旋压板机构夹紧。图a) 图b)图3-1 夹紧方案的选择3.2.2夹紧力计算与分析螺旋夹紧机构中计算各种螺旋副所产生夹紧力大小的通用公式为:式中:2螺旋副的当量摩擦角;1螺杆端部与工件间的摩擦角;a螺纹升角;r2螺纹中径的一半;r螺杆端部与工件间的当量摩擦半径;查表得:Q=35N L=140mm a =2。30 2=6。34 r2=5.43mm f= tg1=0.1 r= (D3-D30)/3(D2-D20)=22.3mm代入上式求得: W0= 5800 N螺旋压板夹紧机构是利用杠杆原理来实现夹紧作用。其好处是:增大夹紧力,改变夹紧力作用方向,增大加紧行程。它可以绕水平轴翻转,增力显著,夹紧时既省力又迅速可靠。夹紧受力分析如下:图3-2 夹紧受力分析由杠杆原理知:Wa =W0b 当a=1/2b时,W =2 W0=11600 N由此可见,该夹紧机构所产生的夹紧力比作用力大一倍。3.2.3螺旋夹紧机构各元件材料、热处理要求和结构尺寸确定。螺旋夹紧机构各元件均已标准化,可参阅机械零件手册确定。1)带肩六角螺纹(GB/T2148-91)技术要求:材料:45钢;热处理:HRC35-40;细牙螺纹的支承面对螺纹轴线的垂直度按GB1184-80形状和位置公差规定的9级公差。 图3-3 带肩六角螺纹2)铰链压板(GB/T2188-91)技术要求:材料:45钢 ; 热处理:淬火、回火HRC35-40。 图3-4铰链压板3)摆动V形块(GB2208-80)技术要求:材料:20钢;热处理:淬火HRC60-64, 渗碳深0.81.2mm;锐边倒钝。 图3-5 摆动V形块3.3夹具与机床的连接方式及安装基面车床夹具与机床主轴的连接精度对夹具的回转精度有决定性的影响。因此,要求夹具的回转轴线与车床主轴轴线有尽可能高的同轴度。对于径向尺寸较大的夹具,一般通过过渡盘与车床主轴轴颈联接。专用夹具以其定位止口按H7/h6或H7/js6装配在过渡盘的凸缘上,然后用螺钉紧固。过渡盘与主轴配合的表面形状取决于主轴前端的结构。如图3-6所示的过渡盘,其上有一个定位圆孔按H7/h6或H7/js6和主轴的轴颈相配合,并有螺纹和主轴连接。为了安全起见,还可以用压块把过渡盘压紧在主轴上,这样可防止停车和倒车时,不致因惯性作用而可能松开。这种连接方式的安装精度受到配合精度的限制,为了提高安装精度,在车床上安装夹具时,可按找正圆校正夹具与车床主轴的同轴度。图3-6 过 渡 盘3.4 夹具的平衡由于加工时夹具随同主轴旋转,如果夹具的重心不在主轴旋转轴线上就会产生离心力,这样不仅加剧机床主轴和轴承的磨损,而且会产生振动,影响加工质量和刀具寿命且不安全。所以对于角铁式夹具,要有平衡要求,平衡的方法是设置平衡块。平衡块重心的位置应可以调节,可在平衡块上(或夹具体上)开径向槽或环形槽,以使夹具装配时调整其位置。图3-7 平 衡 块3.5对夹具总体结构的要求结构要紧凑,悬伸量要短,使重心尽可能靠近主轴。车床夹具的悬伸长度过大,会加剧主轴轴承的磨损,同时引起振动,影响加工质量。因此,夹具的悬伸长度L与轮廓直径D之比应控制如下:a. 直径小于150mm的夹具,L/D2.5;b. 直径在150300mm之间的夹具,L/D0.9;c. 直径大于300mm的夹具,L/D0.6。车床夹具的夹具体应制成圆形,夹具上(包括工件在内)的各元件不应伸出夹具体的轮廓之外,当夹具上有不规则的突出部分,或有切削液飞溅及切屑缠绕时,应加设防护罩。夹具的结构应便于工件在夹具上安装和测量,切屑能顺利排出或清理。3.6绘制夹具草图,并标注尺寸、公差及技术要求图3-8 角铁式车床夹具图3-8为加工图2-1开合螺母400+0.027mm孔的专用夹具。由角铁式的专用夹具和过渡盘两部分组成,专用夹具以夹具体5上定位止口和过渡盘4的凸缘相配合并加以紧固,形成一个夹具整体。在装配时应使夹具体止口的轴线(代表专用夹具的回转轴线)和过渡盘的定位圆孔同轴。为保持夹具回转运动时平衡,在角铁的另一端设置了平衡块。3.7夹具的精度分析工件在车床夹具上加工时,加工误差的大小受工件在夹具在夹具上的定位误差D、夹具误差J、夹具在主轴上的安装误差A和加工方法误差G的影响。以下对尺寸450.05mm的精度问题作一分析。1)定位误差D一批工件逐个在夹具上定位时,由于工件及定位元件存在公差,使各个工件所占据的位置不完全一致,加工后形成加工尺寸的不一致,为加工误差。这种只与工件定位有关的加工误差,称为定位误差D。造成定位误差的原因有两个:一是定位基准与工序基准不重合,由此产生基准不重合误差B。基准不重合误差B是一批工件逐个在夹具上定位时,定位基准与工序基准不重合而造成的加工误差,其大小为定位尺寸的公差S在加工尺寸方向上的投影。二是定位基准与限位基准不重合,由此产生基准位移误差Y。基准位移误差Y是一批工件逐个在夹具上定位时,定位基准相对于限位基准的最大变化范围i在加工尺寸方向上的投影。定位误差D常用合成法进行计算。由于定位基准与工序基准不重合以及定位基准与限位基准不重合是造成定位误差的原因,因此,定位误差应是基准不重合误差B与基准位移误差Y的合成。计算时,可先算出B和Y,然后将两者合成而得D。由于C面既是工序基准,又是定位基准,基准不重合误差B为零。工件在夹具上定位时,定位基准与限位基准(支承板8、10平面)是重合的,基准位移误差Y也为零。因此,尺寸450.05mm的定位误差D等于零。2)夹具误差J因夹具上定位元件、对刀或导向元件、分度装置及安装基准之间的位置不精确而造成的加工误差,称为夹具误差J。夹具误差J主要包含定位元件相对于安装基准的尺寸或位置误差J1;定位元件相对于对刀或导向元件(包括导向元件之间)的尺寸或位置误差J2;导向元件相对于安装基准的尺寸或位置误差J3。以上几项共同组成夹具误差J。图3-8中,夹具误差J为限位基面(支承板8、10的平面)与止口轴线间的距离误差,即夹具总图上尺寸450.05mm的公差0.04mm,以及限位基面相对于安装基面D、C的平行度和垂直度误差0.01mm(两者公差兼容)。3)夹具的安装误差A因夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差,称为夹具的安装误差A。产生夹具的安装误差的因素有:夹具定位元件对夹具体安装基面的相互位置误差。夹具安装基面本身的制造误差及其与机床卡面间的间隙所产生的连接误差。A = X1max + X2max式中 X1max过渡盘与主轴间的最大配合间隙;X2max过渡盘与夹具体间的最大配合间隙。设过渡盘与车床主轴间的配合尺寸为92H7/js6,查表:92H7为920+0.035mm,92js6为920.011mm,因此X1max = (0.035+0.011)mm = 0.046mm过渡盘与夹具体间的配合尺寸为160H7/js6,查表:160H7为1600+0.040mm,160js6为1600.0125mm,因此X2max = (0.040+0.0125)mm = 0.0525mm故A =(0.0462 + 0.05252)0.5 =0.0698mm4)加工方法误差G因机床精度、刀具精度、刀具与机床的位置精度、工艺系统的受力变形和受热变形等因素造成的加工误差,统称为加工方法误差G。车床夹具的加工方法误差,如车床主轴上安装夹具基准(圆柱面轴线、圆锥面轴线或圆锥孔轴线)与主轴回转轴线间的误差、主轴的径向跳动、车床溜板进给方向与主轴轴线的平行度或垂直度等。它的大小取决于机床的制造精度、夹具的悬伸长度和离心力的大小等因素。一般取G =K/3=0.1/3=0.033mm5)总加工误差工件在夹具中加工时,总加工误差为上述各项误差之和。由于上述误差均为独立随机变量,应用概率法叠加。因此保证工件加工精度的条件是=(D+J +A +G)0.5K既工件的总加工误差应不大于工件的加工尺寸公差K。为保证夹具有一定的使用寿命,防止夹具因磨损而过早损废,在分析计算工件加工精度时,需留出一定的精度储备量JC。因此将上式改写为JC=K-0当JC0时,夹具能满足工件的加工要求。JC值的大小还表示了夹具使用寿命的长短和夹具总图上各项公差值J确定得是否合理。图1-2夹具的总加工误差为=(2D+2J +2A +2G)0.5=(0+0.042+0.012+0.0462+0.05252+0.0332)0.5=0.088mm 精度储备 JC=(0.1-0.088)mm=0.012mm4标准件库的建立4.1参数化方法的种类目前采用SolidWorks平台实现参数化设计的方法有两大类。1 )基SolidWorks软件进行二 次开发的方法,可用宏技术,通过内部编程操作SolidWorks对象,后用VC /VB等语言编程实现参数化设计; 也可用尺寸驱动技术,采用外部编程操作SolidWorks 对象,实现参数化设计。2 )灵活应用SolidWorks软件本身的强大功能, 实现参数化设计。这两种参数化设计方法各有千秋。( 1 ) 软件二次开发的方法对零件特征提取的要求较低, 使用方便、效率高, 对操作者水平要求不高;但是软件开发工作量大,软件修改维护不便。( 2 ) 采用SolidWorks 软件本身的功能实现参数化设计时, 对操作者的水平要求较高, 对零件特征提取要求高; 使用比较方便, 不需软件开发, 非常便于修改、维护和扩展。由于组合夹具元件的特征参数和参数系列比较明确, 经常要按应用情况进行局部修改, 所以采用SolidWorks 软件的方程式、系列零件表、配置技术实现机械产品的参数化设计。4.2基于方程式的参数化方案由于SolidWorks三维造型设计中没有程序段的编辑与插入功能, 故在机械产品设计中, 对于标准件和使用频率较高、形状相似、尺寸不同的系列零部件的制作, 往往因改许多尺寸导致麻烦。采 用SolidWorks 内设的方程式功能模块可以初步解决这个问题。具体方法 可 按 如 下 步 骤 进 行 。1 ) 单 击 工 具 栏 上 的 “”或 工具、方程式。2 ) 单击窗口右上角的添加。3 ) 在模型设计树中, 双击包含第一个用于方程式中的尺寸特征 。4 ) 尺寸上单击, 将其名称粘贴到方 程 式 中 ( 尺 寸 名称表示成尺寸名称M 特征或草图名称的格式) 。5 ) 键入或单击计算按钮的方法完成方程式, 或单击其他的尺寸将其名称粘贴进来。方程式会由左到右( 位于等号左侧的尺寸会被右侧的值所驱动) , 而且以其方程式清单中的顺序一一解出。6 ) 单击确定。该方程式会在方程式对话框中列出, 解出的数值在估计单元格出现。7 ) 单击确定, 然后单击编辑、重建模型更新模型( 所有的方程式会在整个几何重建之前先全部求解出来) 。8 )方程式文件夹出现 在 Feature Manager设计树中,在该文件夹上单击右键, 可以删除或编辑已有的方程式或添加新的方程式到文件中。4.3基于配置的参数化方案配置是SolidWorks 软件的重要功能, 实现配置的方法可有: 1) 通过压缩或隐藏特征来设计结构相近或相似的系列零件和装配体方案, 并对它们分别命名, 快速实现设计任务。2) 通过系列零件设计表来控制系列零件的尺寸值, 从而生成不同的配置, 实现参数化设计。4.3.1基于特征的参数化方案图4-1列出结构相似的系列零件。采用SolidWorks配置功能, 可以通过压缩或隐藏特征来控制零件孔的有无及高度的变化。设计时, 只需对图4-1(a)零件一次造型, 通过灵活使用配置功能, 不需再次造型就可实现图4-1(b)、图4-1(c)零件的设计, 从而实现图4-l零件组的参数化设计。 a) b) C) 图4-1 零件组的参数化设计4.3.2基于系列零件表的参数化方案采用SolidWorks 三维参数化设计时, 往往需要用到参数表, 是因它能取得很好效果。具体步骤如下: 1 )将要表达的模型参数做成Microsoft Execel 文件并存盘。2 ) 单击插入、对象。会出现对话框, 您可插入现有的对象或动态地生成并插入新对象。所出现的对话框根据您所使用的应用程序而定。3 ) 这里单击由文件创建, 并单击浏览。会出现浏览文件窗口。4 ) 选择要插入的文件单击打开, 便返回到上一窗口。5 ) 单击确定。这时会在总装图的左上角出现一个用黑色线条绘制的表。将鼠标移到该表上并按住左键就可把该表移到你认为适合的任何位置; 将鼠标移到表的四角中的任一角便会出现一个双向箭头, 用左键按住此箭头移动, 就可把表调整至任意大小。在使用该表时, 你只要放大该表或者用鼠标左键双击该表, 就可看到或编辑参数表。4.4自制夹具标准件库通过以上方法自制了一个夹具标准件库,其中包括衬套导套镗套、过渡盘、键销、螺钉螺柱、压板压块。衬套导套镗套包括:定位衬套A、固定钻套A、可换钻套、镗套用衬套、压入式螺纹衬套。过渡盘包括:C型三爪卡盘用过渡盘、C型四爪卡盘过渡盘、D型三爪卡盘过渡盘、D型四爪卡盘过渡盘。键销包括:齿条式定位器销套、定位插销A-1、固定式定位销A-1、可换定位销A-1、偏心定位销、手柄式定位器定位销-A。螺钉螺柱包括:固定手柄压紧螺钉A型、螺钉、球面带肩螺母A、塑料夹具用六角螺钉、锁紧螺钉、压紧螺钉。压板压块包括:U型压板A型、钩形压板(A)、偏心轮用宽头压板、弯头压板A型。 图4-2 夹具标准件库4.5总结相对于二维软件来说, 采用三维软件进行机械产品参数化设计有许多优点, 其中之一就是它能很好地体现出设计者的设计意图, 摆脱了二维软件纯粹绘图的作用, 是目前机械设计的发展方向。利用SolidWorks的参数化功能可以实现相似机械产品的快速设计, 大大减轻了设计人员的工作量。致 谢 毕业设计是我们大学四年学习阶段的最后一个学习环节,是培养我们综合运用四年所学的理论专业知识,独立解决本专业一般工程技术问题的能力,培养我们独立创新设计的能力,树立正确的设计思想和优秀的工作作风。 毕业设计是把实际生产中的问题变为力学、数学模型,然后加以求解,再设计出图纸和技术文件及其运算过程。毕业设计不仅涉及到数学、力学、材料、公差、机械制造等方面的知识,而且涉及到计算、绘图、文字分析表达等方面的综合实际能力。 毕业设计有助于培养我们的工程技术能力,主要包括分析能力和设计能力,分析能力主要对课题、工艺技术等方面的分析,是自己能够较熟练掌握四年来的专业知识,并得到一定的整体锻炼的机会,并加以巩固。毕业设计的目的主要是培养能力,它包括计算能力,绘图能力和编写设计说明书的能力,文献检索能力等方面。毕业设计任务大,对图纸质量要求高,视图选择、线型、公差和技术要求等均符合国家标准。毕业设计对我们的要求较高,我们在设计过程中必须勤翻、参考各种资料书,认真、务实地把设计说明书、毕业设计所需图纸、资料作好,作全。在此次毕业设计过程中,感谢我们的指导老师丁羽悉心的教导,是丁老师们精心地指导,我才能不断巩固和深化自己所学的基础专业知识,使我能圆满地完成毕业设计。也在此感谢帮助我的同学,使我遇到问题时能及时解决。由于本人知识面较窄,又缺乏实践经验,加上时间仓促,设计中难免出现错误或不足之处,还望各位老师批评指正,我将不胜感激。参考文献1吴拓.现代机床夹具设计.第二版.化学工业出版社,2011.2吴拓.机床夹具设计.第一版.机械工业出版社,2007.3大连理工大学工程图学教研室.机械制图.第六版.高等教育出版社,2007.4邹青.机械制造技术基础课程设计指导教程.第一版.机械工业出版社,1991.5胡仁喜,康士廷,路纯红等.SolidWorks 2008中文版标准实例教程.第三版.机械工业出版社, 2009.6吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册.第三版.高等教育出版社,2009.7大连理工大学工程图教研室.画法几何学.第六版.高等教育出版社,2007.8王忠.机械工程材料.第一版.清华大学出版社,2008 .9江洪,郦祥林等.SolidWorks2009基础教程.第三版.机械工业出版社,2009.10董玉红,张立勋.机械控制工程基础.第二版.哈尔滨工业大学出版社,2009.11吴恒文.机械加工工艺基础.第一版.高等教育出版社,2009.12韩进红.互换性与技术测量.第一版.第三版.高等教育出版社,2009.13陈日曜.金属切削原理.第二版.机械工业出版社,2009.14
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